图像滤波用于去除噪声和图像平滑，OpenCV 提供了多种滤波器：

1.1. 均值滤波：

import cv2

# 读取图像
image = cv2.imread("example.jpg")

# 均值滤波
blurred_image = cv2.blur(image, (5, 5))  # (5, 5) 是滤波核的大小

滤波核大小的影响：

• 滤波核需要设定为奇数，确保有中心点
• 滤波核变大

• • 平滑效果增强：更大的滤波核会考虑更多的邻域像素，从而导致更强的平滑效果。图像中的噪声和高频信息（如边缘、纹理）会被更有效地去除，图像整体看起来更加模糊。
  • 计算时间增加：滤波核越大，需要处理的像素数量越多，计算时间也会相应增加。
  • 细节丢失增加：较大的滤波核可能会导致图像细节（如物体的边缘和纹理）的丢失。这是因为在计算均值时，更多的像素被考虑进去，而这些像素可能包含图像中的关键细节。

• 滤波核变小

• • 平滑效果减弱：较小的滤波核只能覆盖较小的邻域像素，因此平滑效果相对较弱。图像中的噪声和高频信息可能无法被完全去除，但图像的细节能够得到更好的保留。
  • 计算时间减少：较小的滤波核需要处理的像素数量较少，计算时间也会相应减少。
  • 细节保留更好：较小的滤波核能够更好地保留图像中的细节，因为只有较少的像素被用于计算均值，从而避免了过度平滑导致的细节丢失。

• 总结：如果需要移除大量噪声并获得更平滑的图像，可以使用较大的滤波核。如果需要保留更多细节并稍微减少噪声，则应选择较小的滤波核。

#函数：对比均值滤波不同滤波核结果
@staticmethod
def TestBlur():
    image=cv2.imread("Fu.jpg")
    # image=cvTest.add_salt_and_pepper_noise(cv2.imread("Cat.jpg"))
    blurred_3x3=cv2.blur(image,(3,3))
    blurred_5x5=cv2.blur(image,(5,5))
    blurred_7x7=cv2.blur(image,(7,7))

    # 显示结果
    plt.figure(figsize=(12, 6))
    plt.subplot(221), plt.imshow(cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Original Image')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(222), plt.imshow(cv2.cvtColor(blurred_3x3, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Blur 3x3')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(223), plt.imshow(cv2.cvtColor(blurred_5x5, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Blur 5x5')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(224), plt.imshow(cv2.cvtColor(blurred_7x7, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Blur 7x7')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.show()

 

1.2. 中值滤波

# 中值滤波
median_filtered = cv2.medianBlur(image, 5)  # 5 是滤波核的大小

滤波核大小的影响：

• 滤波核变大

• • 去噪能力增强：较大的滤波核能够覆盖更多的像素，因此能更好地去除图像中的噪声，特别是对于那些孤立的噪声点（如椒盐噪声）。例如，使用 ksize=5 的滤波核可以更有效地去除椒盐噪声。
  • 计算时间增加：随着滤波核的增大，需要排序的像素数量增多，计算时间也会相应增加。
  • 细节丢失增加：较大的滤波核可能会导致图像细节的丢失，因为排序后取中值的过程会使图像的某些边缘或纹理变得模糊。例如，对于图像中的细小文字或线条，使用较大的滤波核可能会使这些细节变得不清晰。

• 滤波核变小

• • 去噪能力减弱：较小的滤波核只能覆盖较少的像素，因此对噪声的去除效果相对较弱。例如，使用 ksize=3 的滤波核对于去除大量的椒盐噪声可能效果不佳。
  • 计算时间减少：较小的滤波核需要处理的像素数量较少，因此计算时间会相应减少。
  • 细节保留更好：较小的滤波核能够更好地保留图像中的细节，因为排序后取中值的过程对像素值的影响较小。例如，对于图像中的边缘和纹理，使用较小的滤波核可以更好地保留它们。

总结：

• 滤波核变大：去噪能力增强，计算时间增加，细节丢失增加。
• 滤波核变小：去噪能力减弱，计算时间减少，细节保留更好。

#模拟椒盐噪声
@staticmethod
def add_salt_and_pepper_noise(image, salt_prob=0.02, pepper_prob=0.02):
    noisy_image = np.copy(image)
    total_pixels = image.size

    # 计算盐和胡椒的数量
    num_salt = np.ceil(salt_prob * total_pixels)
    num_pepper = np.ceil(pepper_prob * total_pixels)

    # 添加盐噪声
    for _ in range(int(num_salt)):
        x_coord = np.random.randint(0, image.shape[1])
        y_coord = np.random.randint(0, image.shape[0])
        noisy_image[y_coord, x_coord] = 255

    # 添加胡椒噪声
    for _ in range(int(num_pepper)):
        x_coord = np.random.randint(0, image.shape[1])
        y_coord = np.random.randint(0, image.shape[0])
        noisy_image[y_coord, x_coord] = 0

    return noisy_image

#函数：对比 中值滤波不同核去噪效果
@staticmethod
def TestMedioBlur():
    #读取图像
    image = cv2.imread("Cat.jpg")

    # 添加椒盐噪声
    noisy_image = cvTest.add_salt_and_pepper_noise(image)  # 假设已添加椒盐噪声的图像

    # 应用不同大小的中值滤波
    filtered_3 = cv2.medianBlur(noisy_image, 3)
    filtered_5 = cv2.medianBlur(noisy_image, 5)
    filtered_7 = cv2.medianBlur(noisy_image, 7)

    # 显示结果
    plt.figure(figsize=(12, 6))
    plt.subplot(221), plt.imshow(cv2.cvtColor(noisy_image, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Noisy Image')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(222), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_3, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Median Filter 3x3')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(223), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_5, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Median Filter 5x5')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(224), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_7, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Median Filter 7x7')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.show()

 

1.3. 高斯滤波

# 高斯滤波
gaussian_filtered = cv2.GaussianBlur(image, (5, 5), 0)  # (5, 5) 是滤波核的大小，0 是标准差

函数参数:

cv2.GaussianBlur(image, ksize, sigmaX, sigmaY=0, borderType=BORDER_DEFAULT) 是 OpenCV 中用于高斯滤波的函数。其参数如下：

• image：输入图像。
• ksize：滤波核的大小，为 (width, height) 格式的元组，必须是正奇数（如 (5, 5)）。表示滤波窗口的宽度和高度。
• sigmaX：X 方向的标准差，控制高斯核在水平方向上的平滑程度。如果设置为 0，则会根据 ksize 自动计算。
• sigmaY：Y 方向的标准差，控制高斯核在垂直方向上的平滑程度。如果设置为 0，则会使用与 sigmaX 相同的值。
• borderType：边界处理方式，默认为 BORDER_DEFAULT，表示使用默认的边界处理方法。

工作原理:

高斯滤波是一种基于高斯函数的平滑滤波技术，用于去除图像中的噪声。其基本思想是：

1. 对于图像中的每一个像素，考虑以其为中心的一个 ksize × ksize 的邻域。
2. 使用高斯函数计算该邻域内每个像素的权重，权重值随着距离中心像素的距离增加而减小。
3. 将邻域内所有像素的加权平均值作为该像素的新值。

高斯函数的公式为： G(x,y)=2πσ21e−2σ2x2+y2 其中，σ 是标准差，控制高斯核的宽度。

滤波核大小的影响:

• 滤波核变大

• • 平滑效果增强：较大的滤波核会覆盖更多的像素，因此能更有效地去除图像中的噪声，特别是高频噪声（如高斯噪声）。图像会变得更加平滑，但边缘和细节可能会变得模糊。例如，使用 ksize=(11, 11) 的滤波核可以显著减少噪声，但图像的细节会丢失较多。
  • 计算时间增加：随着滤波核的增大，需要处理的像素数量增多，计算时间也会相应增加。
  • 细节丢失增加：较大的滤波核可能会导致图像细节的丢失，因为高斯核的权重分布使得远离中心的像素对结果的影响减小，从而导致图像的边缘和纹理变得模糊。

• 滤波核变小

• • 平滑效果减弱：较小的滤波核只能覆盖较少的像素，因此对噪声的去除效果相对较弱。图像中的高频噪声可能无法被完全去除，但图像的细节能够得到更好的保留。例如，使用 ksize=(3, 3) 的滤波核可以轻微减少噪声，同时保留较多的图像细节。
  • 计算时间减少：较小的滤波核需要处理的像素数量较少，因此计算时间会相应减少。
  • 细节保留更好：较小的滤波核能够更好地保留图像中的细节，因为高斯核的权重分布使得邻域内的像素对结果的影响较大，从而避免了过度平滑导致的细节丢失。

标准差的影响:

• sigmaX 和 sigmaY 变大

• • 平滑效果增强：较大的标准差会使高斯核的权重分布更加平缓，从而导致更强的平滑效果。图像中的噪声会被更有效地去除，但图像的细节和边缘可能会变得更加模糊。例如，使用 sigmaX=10 和 sigmaY=10 会显著平滑图像，但可能会导致图像的边缘和纹理变得不清晰。
  • 计算时间增加：较大的标准差会增加高斯核的计算复杂度，从而导致计算时间增加。

• sigmaX 和 sigmaY 变小

• • 平滑效果减弱：较小的标准差会使高斯核的权重分布更加集中，从而导致较弱的平滑效果。图像中的噪声可能无法被完全去除，但图像的细节能够得到更好的保留。例如，使用 sigmaX=1 和 sigmaY=1 可以轻微减少噪声，同时保留较多的图像细节。
  • 计算时间减少：较小的标准差会减少高斯核的计算复杂度，从而导致计算时间减少。

def add_gaussian_noise(image, mean=0, sigma=25):
    """
    添加高斯噪声到图像。

    参数:
        image: 输入图像 (灰度或彩色)
        mean: 高斯噪声的均值，默认为0
        sigma: 高斯噪声的标准差，默认为25

    返回:
        noisy_image: 添加了高斯噪声后的图像
    """
    # Ensure the image is in float32 format and normalized to [0, 1]
    if len(image.shape) == 2:
        row, col = image.shape
        ch = 1
        img = image.astype(np.float32) / 255.0
    else:
        row, col, ch = image.shape
        img = image.astype(np.float32) / 255.0

    # Generate Gaussian noise
    gauss = np.random.normal(mean, sigma / 255.0, (row, col, ch))
    gauss = gauss.reshape(row, col, ch)

    # Add the Gaussian noise to the image
    noisy_image = img + gauss

    # Clip the values to stay within [0, 1] range and convert back to uint8
    noisy_image = np.clip(noisy_image, 0, 1)
    noisy_image = (noisy_image * 255).astype(np.uint8)

    return noisy_image

@staticmethod
def TestGauss():
    # 读取图像
    image = cv2.imread("Cat.jpg")

    # 添加高斯噪声
    noisy_image = cvTest.add_gaussian_noise(image)

    # 应用不同大小的高斯滤波
    filtered_3 = cv2.GaussianBlur(noisy_image, (3, 3), 1)
    filtered_5 = cv2.GaussianBlur(noisy_image, (5, 5), 2)
    filtered_11 = cv2.GaussianBlur(noisy_image, (11, 11), 5)

    # 显示结果
    plt.figure(figsize=(12, 6))
    plt.subplot(221), plt.imshow(cv2.cvtColor(noisy_image, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Noisy Image')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(222), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_3, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Gaussian Filter 3x3')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(223), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_5, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Gaussian Filter 5x5')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(224), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_11, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Gaussian Filter 11x11')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.show()

 

总结:

• 滤波核变大：平滑效果增强，计算时间增加，细节丢失增加。
• 滤波核变小：平滑效果减弱，计算时间减少，细节保留更好。
• 标准差变大：平滑效果增强，计算时间增加，细节丢失增加。
• 标准差变小：平滑效果减弱，计算时间减少，细节保留更好。

1.4. 双边滤波

# 双边滤波
bilateral_filtered = cv2.bilateralFilter(image, 9, 75, 75)  # 9 是滤波核的大小，75 是色彩空间的标准差，75 是坐标空间的标准差

函数参数：

cv2.bilateralFilter(image, d, sigmaColor, sigmaSpace, borderType=BORDER_DEFAULT) 是 OpenCV 中用于双边滤波的函数。其参数如下：

• image：输入图像。
• d：滤波器的直径，表示滤波窗口的大小。必须是正奇数（如 5、9、15 等）。如果设置为负值，则会根据 sigmaSpace 自动计算。
• sigmaColor：颜色空间的标准差，控制像素值相似度的影响范围。值越大，颜色相似的像素对滤波结果的影响越大。
• sigmaSpace：坐标空间的标准差，控制像素空间距离的影响范围。值越大，空间距离较远的像素对滤波结果的影响越大。
• borderType：边界处理方式，默认为 BORDER_DEFAULT，表示使用默认的边界处理方法。

工作原理：

双边滤波是一种非线性的滤波方法，结合了图像的空间邻近度和像素值相似度，达到保边去噪的目的。其基本思想是：

1. 对于图像中的每一个像素，考虑以其为中心的一个 d × d 的邻域。
2. 使用两个高斯函数计算该邻域内每个像素的权重：

• • 空间域高斯函数：权重随着距离中心像素的空间距离增加而减小。
  • 值域高斯函数：权重随着像素值与中心像素值的差值增加而减小。

1. 将邻域内所有像素的加权平均值作为该像素的新值。

由于其内部仍然使用了高斯滤波，所以d的影响与sigma的影响与高斯滤波的相同，总结如下：

• 滤波核变大：平滑效果增强，计算时间增加，细节丢失增加。
• 滤波核变小：平滑效果减弱，计算时间减少，细节保留更好。
• sigmaColor 变大：颜色相似度影响增强，平滑效果增强，细节丢失增加。
• sigmaColor 变小：颜色相似度影响减弱，平滑效果减弱，细节保留更好。
• sigmaSpace 变大：空间距离影响增强，平滑效果增强，细节丢失增加。
• sigmaSpace 变小：空间距离影响减弱，平滑效果减弱，细节保留更好。

对比代码如下：

@staticmethod
    def TestBilateralFilter():
    # 读取图像
    image = cv2.imread("Cat.jpg")

    # 添加高斯噪声
    noisy_image = cvTest.add_gaussian_noise(image)  # 假设已添加高斯噪声的图像

    # 应用不同参数的双边滤波
    filtered_5 = cv2.bilateralFilter(noisy_image, 5, 50, 50)
    filtered_9 = cv2.bilateralFilter(noisy_image, 9, 100, 100)
    filtered_15 = cv2.bilateralFilter(noisy_image, 15, 150, 150)

    # 显示结果
    plt.figure(figsize=(12, 6))
    plt.subplot(221), plt.imshow(cv2.cvtColor(noisy_image, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Noisy Image')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(222), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_5, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Bilateral Filter 5')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(223), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_9, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Bilateral Filter 9')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.subplot(224), plt.imshow(cv2.cvtColor(filtered_15, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Bilateral Filter 15')
    plt.xticks([]), plt.yticks([])

    plt.show()

 

1.5. 高通滤波

1.5.1. OpenCV中的实现有三种方式：

• Sobel 算子：用于计算图像的梯度，实现高通滤波。使用函数 cv2.Sobel()。
• Laplacian 算子：用于检测图像中的二阶导数，实现高通滤波。使用函数 cv2.Laplacian()。
• 自定义高通滤波器：通过定义自定义的卷积核，使用函数 cv2.filter2D() 实现高通滤波。

Sobel 算子

• Sobel 算子是一种用于计算图像梯度的微分算子。它通过计算图像在水平和垂直方向上的梯度来实现高通滤波。
• 其核心思想是利用卷积核与图像进行卷积运算，从而检测图像中的边缘和轮廓。
• Sobel 算子由两个方向的卷积核组成，分别用于检测水平和垂直方向的梯度。
• 边缘在梯度幅值较高的区域。

水平方向卷积核：

 

，

垂直方向卷积核：

 

作用：

• Sobel 算子主要用于边缘检测和图像增强。通过计算图像的梯度，可以突出图像中的边缘和轮廓，从而增强图像的细节。

实现方式：

使用函数 cv2.Sobel()：

cv2.Sobel(
    src,        # 输入图像
    ddepth,     # 输出图像的深度，通常设置为 cv2.CV_64F
    dx,         # 表示对x方向求导
    dy,         # 表示对y方向求导
    ksize=3,    # 卷积核的大小，可以是 1、3、5 或 7
    scale=1,    # 比例因子 求导结果放大缩小 X 法 增大>1 减少 <1
    delta=0,    # 偏移量 求导结果整体+ -
    borderType=cv2.BORDER_DEFAULT  # 边界扩展方式  定义图像边界的处理方式，以避免在卷积过程中超出图像范围。 一般默认即可
)

应用

• 边缘检测：结合水平和垂直方向的梯度，计算图像的梯度幅值和方向。
• 图像增强：通过增强图像的梯度，使边缘更加明显。

例子：

有一个圆形和方形，

1. 分别使用sobel算子计算x方向与y方向的梯度
2. 将结果（Numpy数组）转化为图片数据范围（Uint8）
3. 通过结果可以很清晰的观察到sobel算子的功能

@staticmethod
    def TestSobel():
        # 高通滤波（使用 Sobel 算子）
        image=cv2.imread("Cicle.jpg")
        gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
        sobelx = cv2.Sobel(gray_image, cv2.CV_64F, 1, 0, ksize=3)  # x 方向
        sobely = cv2.Sobel(gray_image, cv2.CV_64F, 0, 1, ksize=3)  # y 方向

        sobelx_img=cv2.convertScaleAbs(sobelx)
        sobely_img=cv2.convertScaleAbs(sobely)
        
        soble_combine=cv2.magnitude(sobelx,sobely)
        soble_combine=cv2.convertScaleAbs(soble_combine)

         # 显示结果
        plt.figure(figsize=(12, 6))
        plt.subplot(221), plt.imshow(cv2.cvtColor(gray_image, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('Gray Image')
        plt.xticks([]), plt.yticks([])

        plt.subplot(222), plt.imshow(cv2.cvtColor(sobelx_img, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('sobelx Image')
        plt.xticks([]), plt.yticks([])

        plt.subplot(223), plt.imshow(cv2.cvtColor(sobely_img, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('sobely Image')
        plt.xticks([]), plt.yticks([])

        plt.subplot(224), plt.imshow(cv2.cvtColor(soble_combine, cv2.COLOR_BGR2RGB)), plt.title('soble_combine Image')
        plt.xticks([]), plt.yticks([])

        plt.show()

结果：

 

原理理解：

我们自定义一个3*3的图像（Numpy数组），我们分别计算出sobelx和sobely的结果并输出

 @staticmethod
def LearnSobel():
    # 创建一个 3x3 的灰度图像
    gray_image = np.array([
        [100, 150, 200],
        [100, 150, 200],
        [100, 150, 200]
    ], dtype=np.uint8)
    #查看其按照Sobel算子默认边界扩展类型扩展结果
    # border_image=cv2.copyMakeBorder(gray_image,1,1,1,1,cv2.BORDER_DEFAULT)
    # print("Border Image:")
    print(border_image)
    print("Original Image:")
    print(gray_image)

    # 使用 Sobel 算子计算 x 和 y 方向梯度
    sobelx = cv2.Sobel(gray_image, cv2.CV_64F, 1, 0, ksize=3)
    sobely = cv2.Sobel(gray_image, cv2.CV_64F, 0, 1, ksize=3)

    # 打印结果
    print("\nSobel X Gradient:")
    print(sobelx)
    print("\nSobel Y Gradient:")
    print(sobely)

可以看到输出结果如下：

Original Image:
[[100 150 200]
 [100 150 200]
 [100 150 200]]

Sobel X Gradient:
[[  0. 400.   0.]
 [  0. 400.   0.]
 [  0. 400.   0.]]

Sobel Y Gradient:
[[0. 0. 0.]
 [0. 0. 0.]
 [0. 0. 0.]]

Sobel默认卷积核为：

SobelX:
[[-1, 0, 1],
 [-2, 0, 2],
 [-1, 0, 1]]
SobelY:
[[1, 2, 1],
 [0, 0, 0],
 [-1, -2, -1]]

中心像素点X方向梯度计算（使用Sobel算子）：

以(2,2)的像素为例计算SobleX

 

1. 逐行计算：

• • 第一行：(-100 + 0 + 200) = 100
  • 第二行：(-200 + 0 + 400) = 200
  • 第三行：(-100 + 0 + 200) = 100

1. 总和：100 + 200 + 100 = 400，得到：

 

边缘像素点X方向梯度计算：

在cv2.sobel内部会先按照设定的borderType=cv2.BORDER_DEFAULT（最开始函数介绍已介绍），扩展函数，然后再以原图像像素为中心的3*3范围的数组与SobelX卷积核计算得出该像素的梯度值。

我们可以自己计算扩展函数看一下：

 # 创建一个 3x3 的灰度图像
    gray_image = np.array([
        [100, 150, 200],
        [100, 150, 200],
        [100, 150, 200]
    ], dtype=np.uint8)
    border_image=cv2.copyMakeBorder(gray_image,1,1,1,1,cv2.BORDER_DEFAULT)
    print("Border Image:")
    print(border_image)

输出结果为

Border Image:
[[150 100 150 200 150]
 [150 100 150 200 150]
 [150 100 150 200 150]
 [150 100 150 200 150]
 [150 100 150 200 150]]

这样计算原图像中（1,1）的像素的x方向的梯度则使用：

 

Laplacian 算子

原理

• Laplacian 算子是一种基于二阶导数的微分算子，用于检测图像中的突变。
• 它通过计算图像的二阶导数来实现高通滤波，能够有效地检测图像中的边缘和细节。

Laplacian 算子的卷积核通常为：

 

作用

• Laplacian 算子主要用于边缘检测和图像锐化。通过增强图像的二阶导数，可以突出图像中的边缘和轮廓，从而达到锐化图像的效果。

Laplacian 算子检测边缘的过程：

1. 计算二阶导数：通过卷积运算将 Laplacian 卷积核与图像进行卷积，得到图像的二阶导数近似值。
2. 检测零交叉点：在边缘附近，二阶导数通常会过零点。因此，可以通过检测 Laplacian 响应中的零交叉点来确定边缘的位置。
3. 衡量边缘强度：Laplacian 响应的绝对值大小可以衡量边缘的强度。绝对值越大，说明边缘越明显。

实现方式:

使用函数 cv2.Laplacian()：

cv2.Laplacian(
    src,         # 输入图像
    ddepth,      # 输出图像的深度，通常设置为 cv2.CV_64F
    ksize=1,     # 卷积核的大小，可以是 1、3、5 或 7
    scale=1,     # 比例因子
    delta=0,     # 偏移量
    borderType=cv2.BORDER_DEFAULT  # 边界扩展方式
)

应用:

• 边缘检测：通过检测图像的二阶导数来突出边缘。
• 图像锐化：增强图像的细节和清晰度。

示例代码:

 @staticmethod
def TestLaplacian():
    image_gray=cv2.imread("Department.jfif",cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

    gaussi_image_gray=cv2.GaussianBlur(image_gray,(3,3),0)

    #直接 laplacian 滤波 
    laplacianImage=cv2.Laplacian(image_gray,cv2.CV_64F)
    laplacianImage=cv2.convertScaleAbs(laplacianImage)

    #高斯滤波平滑处理后再
    laplacianImage_gaussi=cv2.Laplacian(image_gray,cv2.CV_64F)
    laplacianImage_gaussi=cv2.convertScaleAbs(laplacianImage_gaussi)



    plt.figure(figsize=(12,6))
    plt.subplot(131),plt.imshow(cv2.cvtColor(image_gray, cv2.COLOR_BGR2RGB)),plt.title("Original Image"),plt.xticks([]),plt.yticks([])
    plt.subplot(132),plt.imshow(cv2.cvtColor(laplacianImage,cv2.COLOR_BGR2RGB) ),plt.title("laplacian Image"),plt.xticks([]),plt.yticks([])
    plt.subplot(133),plt.imshow(cv2.cvtColor(laplacianImage_gaussi,cv2.COLOR_BGR2RGB) ),plt.title("laplacian Image_gaussi "),plt.xticks([]),plt.yticks([])

    plt.show()

不用照片的结果：

 

 

自定义高通滤波器

原理

• 自定义高通滤波器通过定义特定的卷积核来实现高通滤波。用户可以根据需求设计不同的卷积核，以达到不同的滤波效果。
• 卷积核的设计通常基于高斯函数或其他数学函数，以实现对特定频率的增强或抑制。

作用

• 自定义高通滤波器可用于实现特定的图像增强效果，如锐化、边缘检测和细节提取等。

实现方式

使用函数 cv2.filter2D()：

cv2.filter2D(
    src,         # 输入图像
    ddepth,      # 输出图像的深度，通常设置为 cv2.CV_64F
    kernel,      # 自定义的卷积核
    borderType=cv2.BORDER_DEFAULT  # 边界扩展方式
)

应用

• 锐化：通过设计增强高频分量的卷积核，实现图像的锐化效果。
• 边缘检测：通过设计检测特定方向边缘的卷积核，实现图像的边缘检测。

示例代码

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取图像
image = cv2.imread("example.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

# 定义自定义高通滤波器卷积核
kernel = np.array([
    [0, -1, 0],
    [-1, 5, -1],
    [0, -1, 0]
])

# 应用高通滤波
high_pass_filtered = cv2.filter2D(image, -1, kernel)

1.5.2. 总结

• Sobel 算子：适用于边缘检测和图像增强，能够计算图像的梯度。
• Laplacian 算子：适用于边缘检测和图像锐化，能够检测图像的二阶导数。
• 自定义高通滤波器：具有高度的灵活性，可根据需求设计特定的滤波器，可以自己改卷积核，实现各种图像处理效果， 需要学习顶层算法原理。

1.6. 低通滤波

在openCV中，常见的低通滤波实现方式就是上述已说明的滤波：

• 均值滤波
• 中值滤波
• 高斯滤波
• 双边滤波

详见上述内容